III. Окисление и восстановление

А. Окисление. Индол, как система с высокой электронной плотностью, легко окисляется различными окисляющими реагентами. Результаты окисления многообразны и зависят как от окислителя, так и от структуры производного индола. Сам индол на свету окисляется кислородом воздуха; как и предыдущие реакции, окисление направлено в положение 3. Первоначальным продуктом окисления является 3-оксопроизводное (822) – индоксил; это соединение окисляется дальше по схеме окислительного сочетания с образованием димера (823); этот димер также окисляется с образованием нескольких продуктов, среди которых – синий краситель индиго (824):

Д ля препаративного получения индиго окисление индола непригодно; в свое время проводились многочисленные исследования, в ходе которых было разработано несколько препаративных методов; один из них состоит в получении индоксила непосредственно из ароматических предшественников; далее индоксил окисляют в щелочной среде до индиго.

Б. Восстановление. Разработаны способы восстановления как бензольного, так и пиррольного циклов индола и его производных. В частности, при восстановлении индолов по Бёрчу (литием в жидком аммиаке) получают 4,7-дигидроиндолы, а при восстановлении цианоборогидридом натрия в уксусной кислоте – 2,3-дигидроиндолы (индолины):

Индолины представляют интерес для синтезов, т.к. в их бензольное ядро легко вводятся различные заместители; после дегидрирования замещенных индолинов получают производные индола, замещенные в бензольном ядре.

XII.1.3. Пятичленные гетероароматические соединения с двумя гетероатомами

Пятичленные гетероароматические соединения могут содержать два, три и четыре гетероатома. Если ограничиться N-, O- и S-гетероциклами, то такие системы обычно включают либо только атомы азота, либо атомы азота и один атом кислорода или серы, поскольку при атомах О и S невозможна циклическая двойная связь (в незаряженных циклах!) и с двумя такими атомами невозможно построить ароматический 5-членный гетероцикл. Общее название всех этих гетероароматических систем – азолы.

Наибольшее значение среди этих систем имеют пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. Соединения с двумя атомами азота – диазолы; с атомом азота и атомом кислорода – оксазолы; с атомом азота и атомом серы – тиазолы. Здесь будут рассмотрены только диазолы.

Диазолы

К диазолам относятся два гетероцикла: 1,2- диазол - пиразол и 1,3-диазол - имидазол:

На первый взгляд кажется, что атомы азота в этих диазолах неравноценны, и при введении заместителя в положения 3 и 5 пиразола или в положения 4 и 5 имидазола получаются разные монозамещенные производные. В действительности, в N-незамещенных пиразолах и имидазолах происходят быстрые таутомерные переходы с переносом протона между атомами азота:

П оскольку таутомерные переходы происходят очень быстро, как-то различить эти таутомерные формы невозможно, поэтому 3- и 5-монозамещенные производные пиразола идентичны [(825a)  (825b)]; аналогично идентичны 4- и 5- монозамещенные производные имидазола [(826a)  (826b)]. В связи с этим для производных пиразола и имидазола принята двойная нумерация: например, соединение (825, R=CH₃) называют 3(5)-метилпиразол.

Диазолы отличаются от пиррола дополнительным атомом азота в цикле. Этот атом содержит неподеленную пару электронов, не участвующую в ароматическом сопряжении (атомы N² в пиразоле и N³ в имидазоле); орбитали неподеленных пар этих атомов перпендикулярны орбиталям ароматического секстета. Вследствие этого диазолы – более сильные основания, чем пиррол. Кроме того, дополнительный атом азота более электроотрицателен, чем атом углерода, который он заменил. Поэтому: а). Диазолы менее избыточны, чем пиррол, и, следовательно, менее энергично реагируют с электрофильными реагентами; напротив, появляется некоторая возможность взаимодействия с нуклеофильными реагентами; б) N-незамещенные диазолы – более сильные кислоты, чем пиррол, т.к. диазолил-анионы более устойчивы, чем пирролил-анион. Таким образом, диазолы обладают более амфотерным характером, чем пиррол. Диазолы, в отличие от пиррола, достаточно устойчивы к действию кислот.